年龄相关性黄斑变性的发病机制与抗氧化治疗

孙子雯，汤 垟，陈 晨，胡竹林

0 引言

年龄相关性黄斑变性 (age-related macular degeneration，ARMD)是一种使中心视力进行性、不可逆性丧失的疾病，其特征是玻璃膜疣形成，Bruch膜增厚，视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)细胞和感光细胞损伤，黄斑区脉络膜新生血管形成。ARMD严重威胁老年人的视觉健康，我国现有ARMD患者已高达600余万，伴随着我国经济发展，人均寿命延长，ARMD患病率也会随之升高[1]。ARMD发生的病理机制虽尚未完全揭示，但已有充足证据表明氧化应激(oxidatvie stress，OS)与ARMD发生相关，这使得抗氧化剂的应用成为防治ARMD的热点，本文就氧化应激介导ARMD的发生机制以及抗氧化剂在ARMD防治方面的作用进行简要阐述。

1 年龄相关性眼部疾病与氧化应激

衰老可以被定义为“随着时间的推移和年龄增长，患病率和死亡率日益增加”[2]。衰老的氧自由基理论和进化论与氧化应激密切相关。衰老的氧自由基理论提出，衰老和年龄相关性疾病均是由活性氧中间体反应的累积损害引起的。该理论解释了许多与年龄有关的现象，如长寿和基础代谢率之间的关系，生命末期退行性疾病的密集发生，热量限制对寿命的有益影响以及女性相对于男性长寿等[2]。研究证实，胶原蛋白、弹性蛋白、粘多糖缺乏以及细胞核和线粒体DNA的功能障碍等与年龄相关的氧化损伤有关，而脂质过氧化有助于脂肪变性[3]。此外，随着年龄的增长，人体的抗氧化性逐渐减弱，很多与氧化相关的疾病随着年龄的增长，其发病率也随之升高[4-5]。

在衰老过程中，人体很多器官都会受到影响，而眼睛就是其中之一。研究表明，很多眼部疾病，如ARMD、白内障、青光眼等，往往随着年龄的增长患病率逐渐增多，甚至呈指数增加[6]。假设衰老的自由基理论同样适用于眼睛，那么，对于很多与年龄相关的眼部疾病来讲，也会出现明显的氧化/抗氧化比例失衡。有文献报道，多种抗氧化剂如维生素补充剂和/或更高水平抗氧化指数的膳食在各种类型的白内障中均具有保护作用[7-8]。另有研究发现，更高水平的血浆维生素E含量与白内障核混浊风险呈反比，表明补充相应的抗氧化剂可以有效防治年龄相关性眼部疾病[9]。也有研究表明，随着年龄的增长，小梁网暴露于有氧代谢产生的高水平氧化应激过程中，人体小梁网中的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)的比活性下降，而过氧化氢酶(catalase，CAT)的比活性却没有下降，从而支持氧化应激可能会导致原发性开角型青光眼这一观点[10]。因此，氧化损伤也被证实在青光眼的发病过程中发挥作用。

2 ARMD与氧化应激

有观点认为，视网膜细胞中发生的氧化应激和氧化损伤会导致ARMD的发生[11]。已有研究发现，特异性敲除小鼠RPE细胞部分抗氧化基团—位于胞浆中的铜锌超氧化物歧化酶(superoxide dismutase 1，SOD1)和位于线粒体中的线粒体锰超氧化物歧化酶(superoxide dismutase 2，SOD2)，结果发现随着模型小鼠视网膜功能的不断下降，视网膜中的氧化应激反应逐渐增强[12-13]，说明在ARMD的发生发展过程中，氧化应激反应参与其中。

RPE细胞及感光细胞需要高氧及其他养分发挥新陈代谢、吞噬等生理功能，故会产生大量活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)，而RPE细胞属于终末分裂的细胞，损伤后不能再生，RPE 细胞密度降低则会导致其新陈代谢及吞噬感光细胞外节功能障碍，从而引起ROS的积累，造成氧化损伤[14]，最终导致RPE细胞及感光细胞聚集处—视网膜成为眼部氧化应激反应最严重的部位[15]。根据氧化应激导致ARMD的病理学观点演变而来的另一新兴假说将RPE细胞的线粒体功能障碍(包括线粒体的质量下降、结构破坏及电子传递链蛋白含量较低所导致的线粒体蛋白质组的改变)作为ARMD发生的主要发病机制，该假说得到来自ARMD人类供体研究的证据支持[16-17]。此外，有学者认为，ARMD导致视力丧失前，RPE细胞线粒体DNA(mtDNA)损伤加重，而线粒体功能障碍会导致能量生产降低，氧化还原信号传导减弱以及基因表达受损[18-19]。

3 ARMD与抗氧化治疗

3.1色素

3.1.1类胡萝卜素研究发现，ARMD患者使用叶黄素或玉米黄质后，mfERG检查结果表明视网膜光感受器功能得到有效改善，表明类胡萝卜素在黄斑中具有抗氧化作用[20-21]。而另一研究发现，类胡萝卜素摄入量的增加与ARMD风险的降低相关，可认为高剂量的类胡萝卜素摄入可以预防ARMD[22]。

3.1.2黄斑色素在ARMD假定风险因素中，黄斑色素光密度值较低与虹膜颜色深、烟草使用过多、女性、晶状体密度较高有关[23]。在对1 608例 ARMD 患者的研究中发现，补充叶黄素、玉米黄素、二十二碳六烯酸等黄斑色素会延缓ARMD 的进展[24]。Kijlstra等[25]报道叶黄素可充当蓝光滤过器、ROS清除剂，从而减轻氧化损伤和氧化应激反应。激光诱导小鼠脉络膜新生血管(choroidal neovascularization，CNV) 形成的研究发现，服用叶黄素可减少CNV的生成，抑制巨噬细胞向CNV的移动，下调单细胞趋化蛋白-1、细胞黏附分子-1 及血管内皮细胞生长因子的表达，从而可以延缓ARMD的发生[26]。

3.2维生素抗氧化剂可以通过中和自由基保护视网膜免受光合损伤[27]。已有大量研究证实，维生素C和维生素E作为高效的抗氧化剂，可以预防和/或延迟ARMD的进展[28-30]。Arslan等[31]分别对ARMD患者和非ARMD 患者的食物摄入进行研究，结果表明，摄入大量的维生素C和维生素E还可以大大降低50岁以上人群患ARMD的风险。因此，日常补充维生素有望成为预防ARMD 的新方法。

3.3抗氧化酶类以抗氧化酶为主的抗氧化物是ROS的强效清除剂，在维持氧化平衡中具有极其重要的作用。不同种类的抗氧化酶可以对细胞生理稳态的建设起到不同的作用。目前已知存在以下3 种不同的酶类，即SOD、CAT和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，Gpx)，三种酶构成了机体的一线抗氧化防御，且有研究表明这些酶类不仅可以减轻氧化应激对RPE细胞及感光细胞的不利影响[32-33]，而且低分子量抗氧化物的摄入还可以降低机体的氧化应激反应，对氧化应激引起的疾病起到一定的治疗或缓解作用[34]，故重新建立抗氧化酶平衡可能成为治疗ARMD的方法之一。

3.3.1超氧化物歧化酶SOD是人体内最重要的抗氧化酶之一，能够高效地催化超氧阴离子歧化为氧及H2O2的反应。许多研究表明，缺乏SOD的小鼠会发生严重的病理改变[12-13]。Feng等[35]用丙烯醛处理ARPE-19细胞发现SOD活性降低，细胞经维生素E处理后不影响SOD活性，而预先用维生素E处理细胞后再用丙烯醛处理却发现SOD 活性反而升高，证明细胞受损时，维生素E可通过增加SOD的活性对细胞起到保护作用。目前，尽管体外研究并没有足够证据表明SOD在氧化应激中与ARMD的关系，但体内研究表明ARMD患者黄斑区RPE细胞的胞浆及线粒体中的SOD免疫应激活动随年龄增长而增加，周边RPE细胞中SOD的活性随年龄增长而减弱。Jia等[36]研究也表明，不同类型ARMD患者血清中SOD的活性均较正常人增强，故认为SOD的活性改变可能影响ARMD的发生及发展。

3.3.2过氧化氢酶CAT作为人体抗氧化防御系统中重要的组成，存在于人体细胞及某些组织内的过氧化体中，Rex等[37]研究发现，黄斑区及周边视网膜RPE细胞上均有CAT表达。另有研究发现，无论是否为ARMD患者，RPE细胞中均存在CAT的免疫活动[37]。过氧化氢作为人体正常代谢过程中的废物，对人体造成一定的损伤，由于CAT可以催化过氧化氢分解，正常来讲，RPE细胞受到氧化应激时，CAT的活性应该升高，才能对机体产生保护作用。Frank等[38]发现，ARMD患者体内CAT含量降低，推测可能是由于机体还只处于CAT mRNA转录翻译的早期，在用促ROS生成剂处理RPE细胞后，可见CAT的含量显著升高，证明CAT的表达与ROS密切相关，从而认为当ARMD发生时，RPE细胞受到氧化损伤后，CAT的活性应该是升高的，这样才能对人体起到保护作用。

3.3.3谷胱甘肽过氧化物酶在人体中SOD可以将细胞内代谢或反应产生的超氧基(O2-)或单线态氧(1O2)催化，从而转化为H2O2和O2，但H2O2的堆积会对人体组织或细胞产生毒性反应，同时H2O2在Fe2+存在下通过Fenton反应转化为有害的羟基自由基(OH)。为了防止这种现象，过氧化物酶体中富含的CAT会将H2O2分解成水和分子氧，从而减少自由基诱导的损伤。线粒体中由于缺少CAT，会通过Gpx将H2O2还原为水和脂质过氧化物，使其转化为相应的醇。这种集体保护作用被称为一线抗氧化剂防御，所涉及的抗氧化剂被称为一线抗氧化剂[39]。Ueta等[40]发现使用强光照射大鼠眼球24h后，眼内Gpx浓度升高，感光细胞外节段及RPE细胞后极部Gpx表达上调，同时发现Gpx1、Gpx4还可减少RPE细胞的氧化应激反应及蛋白过氧化，从而证明当RPE受到刺激时，可通过升高Gpx浓度减轻氧化损伤，从而起到保护作用。然而，随着年龄的增长，血液中Gpx含量逐渐下降，体内的H2O2无法被分解，自由基诱导的损伤增多[41]，这也会导致ARMD的发生，故认为适当补充Gpx可以起到防治ARMD或延缓ARMD发展的作用。

上述研究表明，抗氧化剂的应用可以减轻ARMD发病过程中的氧化应激反应，从而保护RPE细胞，潜在性地起到延缓病程进展的作用，为ARMD的治疗提供了新的途径。

4 展望

随着年龄的增长，体内的氧化应激反应逐渐增多，相应的抗氧化成分逐渐减少，眼部抗氧化能力逐渐降低，可导致眼球各部分氧化物堆积和氧化应激反应加重，而RPE层又是氧化应激反应最为剧烈的位置，由此导致了黄斑变性的发生，但其具体的作用机制目前尚不明确。大量研究表明，抗氧化剂对ARMD的防治具有一定效果，但该疗法的有效性和安全性仍需进一步研究。在今后的研究中，可着重对ARMD的具体氧化损伤机制以及是否有特定的抗氧化剂可以应用于ARMD的治疗进行研究，探索ARMD防治的有效手段。